EP4496176A1 - Dispositif de régulation d'un courant de charge pour batterie et système de gestion d'accumulateurs de batterie comprenant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de régulation d'un courant de charge pour batterie et système de gestion d'accumulateurs de batterie comprenant un tel dispositif Download PDF

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EP4496176A1
EP4496176A1 EP24189052.4A EP24189052A EP4496176A1 EP 4496176 A1 EP4496176 A1 EP 4496176A1 EP 24189052 A EP24189052 A EP 24189052A EP 4496176 A1 EP4496176 A1 EP 4496176A1
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EP
European Patent Office
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transistor
battery
charging
resistor
regulating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP24189052.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Luc POUYADOU
Florence Robin
Maxime DI MEGLIO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Limatech SAS
Original Assignee
Limatech SAS
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Filing date
Publication date
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    • H02J7/977—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery

Definitions

  • the technical context of the present invention is that of electric batteries, and in particular batteries with high electric current, in particular greater than 50 A, and preferably greater than 500 A, for example for aeronautical and/or aerospace applications.
  • a battery generally comprises several modules or battery cells forming a unit which can also be connected to an external bus allowing data to be sent to a monitoring system, a system generally referred to as a battery management system (or “Battery Management System” in English).
  • the battery accumulator management system is notably configured to measure various physical quantities relating to the battery, and to the battery modules, such as voltages, currents, temperatures, internal resistances, etc., but also includes protection circuits to prevent the battery from operating under abnormal operating conditions, conditions which can damage the battery and cause human and/or material damage.
  • Abnormal operating conditions generally include: overvoltages, overcurrents, undervoltages, excessively high battery temperature, short circuits, etc. i.e. all parameters that do not correspond to a nominal operating range of the battery.
  • Battery management systems thus include safety devices, such as a circuit breaker device configured to cut the electrical connections of the battery with the outside (and therefore electrically isolate it) in the event that abnormal operating conditions occur.
  • safety devices such as a circuit breaker device configured to cut the electrical connections of the battery with the outside (and therefore electrically isolate it) in the event that abnormal operating conditions occur.
  • Such disconnecting devices are usually controlled by a control circuit, part of the management system, which monitors the values of certain electrical quantities, for example the voltage at the battery terminals. and which triggers the circuit breaker if these electrical quantities take on values corresponding to abnormal operating conditions.
  • a control circuit part of the management system, which monitors the values of certain electrical quantities, for example the voltage at the battery terminals. and which triggers the circuit breaker if these electrical quantities take on values corresponding to abnormal operating conditions.
  • a battery for example Lithium-Ion, intended for aeronautical and/or aerospace applications can have voltages ranging from a few tens of volts to more than a thousand volts, with discharge currents of between ten and a hundred amperes.
  • Such batteries of course include several cells, or accumulators, arranged in series and in parallel, for example we can have 8 cells of 3.3 Volts connected in series as illustrated in [ Fig. 1 The sum of this series of battery cells generates an overall voltage of approximately 26.4 V.
  • the devices or circuits of the prior art have electronic components whose temperature rise (or overheating) causes a variation in the charging current, a variation greater than an admissible and/or protective value of the battery.
  • the devices or circuits of the prior art may also have overshoots of the charging current when starting the charging of the battery (for example of the order of several tens of amperes for 2 seconds), and/or have an average charging current value much lower than a desired target value.
  • the present invention thus proposes to remedy at least one of the aforementioned drawbacks by proposing a new type of device for regulating a charging current for a battery, said device being a quadrupole configured to connect a battery to be charged to a charging device, said device comprising at least a first transistor, called a charging transistor, and a thermistor which are configured to regulate, in association, the charging current of the battery as a function of the temperature.
  • This charging current regulation device for charging a battery, or one or more battery cells is an inexpensive, robust solution, easy to integrate into a battery accumulator management system, while allowing better regulation and/or stability of this charging current, depending on the temperature, in particular the temperature rise of the charging transistor.
  • said first transistor is configured to operate in linear mode.
  • Using the load transistor in linear mode makes it possible in particular to improve control (or regulation) over the value of the load current, in particular because the heat generated by the transistor associated with a thermistor allows self-regulation.
  • the thermistor is thermally coupled with the first transistor.
  • the track to which the first transistor is soldered is thermally coupled to the thermistor to be heated via the track.
  • said device comprises a second transistor, called a regulation transistor, the second transistor being configured to impose linear operation on the first transistor.
  • a regulation transistor participates in regulating the voltage across the terminals of the load transistor to maintain the latter in a linear operating regime.
  • the first transistor is a field effect transistor
  • the second transistor is an NPN type transistor
  • said charging transistor has a gate, a drain and a source, said gate being configured to be connected to the positive terminal of the charging device and to the positive terminal of the battery to be charged, said drain being configured to be connected to the negative terminal of the charging device.
  • the source of the charging transistor is, for its part, advantageously configured to be connected to the negative terminal of the battery to be charged.
  • the gate of the transistor is configured to be connected to the positive terminal of the charging device via at least one diode and/or one resistor.
  • the regulating transistor has a base, an emitter and a collector, the collector of the regulating transistor being connected to the gate of the load transistor, the base of the regulating transistor being connected to the source of the load transistor.
  • the regulating transistor is connected in parallel with the load transistor, that is, the base and collector of the regulating transistor are connected in parallel with the source and gate of the load transistor.
  • the base of the regulating transistor is connected to the source of the load transistor via a resistor, called the third resistor.
  • the device comprises a diode, called a second diode, the first and second diodes being mounted in a diode divider bridge.
  • the combination of the first and second diodes makes it possible to close the circuit when the charging device has a voltage lower than the sum of the voltages of the first and second diodes, or when there is no charging device connected, thereby limiting the electrical consumption of the device when it is not in use.
  • the device comprises a resistor, called a second resistor, the thermistor and the second resistor being mounted in a resistive divider bridge.
  • the resistive divider bridge allows the regulation of the current of the load transistor according to the temperature (of said transistor).
  • the second resistor allows, among other things, to have a zero voltage at the gate of the load transistor when the circuit is not conducting.
  • the second diode and the second resistor are connected in parallel with each other, but also with respect to the load transistor and/or with respect to the regulation transistor.
  • the second diode is connected to the source and gate of the load transistor and/or connected to the collector and base of the regulating transistor.
  • the base and emitter of the regulating transistor and the source of the charging transistor are configured to be connected to the negative terminal of the battery to be charged.
  • the base of the regulating transistor and the source of the charging transistor are configured to be connected to the negative terminal of the battery to be charged via a resistor, called the fourth resistor.
  • the fourth resistor is used in particular to limit the maximum value of the charging current.
  • said thermistor is of the negative temperature coefficient type.
  • the invention also relates to a system for managing battery accumulators, characterized in that said management system comprises a control circuit as defined above.
  • the invention further relates to an electric battery, characterized in that said battery comprises a battery accumulator management system as defined above.
  • FIG. 1 illustrates a very schematic and functional view of an electric battery 1, for example a lithium-ion battery, advantageously intended for aeronautical or aerospace applications, which comprises battery accumulators 2, or cells, a battery accumulator management system 3 connected to said accumulators 2, system 3 also designated by the English acronym “BMS” for “Battery Management System”, as well as a communication circuit 4 connected to said management system 3 and configured to exchange information with the outside (information relating to the environment, the battery, the aircraft, etc.)
  • BMS Battery Management System
  • Said management system 3 is generally integrated into said battery 1, in order to monitor the various physical or electrical quantities characteristic of a battery 1 and/or its accumulators 2, for example a voltage, an internal resistance, etc.
  • Said management system 3 is also configured to prevent the operation of the battery 1 outside its nominal operating range, that is to say that the system is configured to detect abnormal operating conditions of the battery (or its modules), such as an overcurrent, an overvoltage (in particular when charging it), an undervoltage (in particular when discharging it), overheating, etc.
  • Such a system 3 may also comprise other circuits and/or devices, in particular for regulating the charging current to a battery, or one or more battery cells.
  • FIG. 2 illustrates a very schematic and functional view of a device 6 for regulating a charging current for one or more battery cells 2 (or accumulators), said device 6 being a quadrupole configured to connect the battery cell(s) 2 to be charged to a charging device 8, such as an alternator, another battery, a charger, etc.
  • a charging device 8 such as an alternator, another battery, a charger, etc.
  • the thermistor R 1 is advantageously a thermistor with a negative temperature coefficient and is thermally coupled with the load transistor M 1 , the thermistor R 1 therefore has a reduction in its resistance with the increase in the temperature of the load transistor M 1 , this making it possible to limit, or even cancel, the reduction in the load current with the increase in the temperature of said transistor M 1 .
  • Said device 6 advantageously comprises another transistor T 1 , called a regulation transistor, which is a transistor configured to impose linear operation on the first transistor M 1 .
  • the regulation transistor T 1 is for example an NPN (bipolar) type transistor.
  • Said charging transistor M 1 has a gate, a drain and a source, said gate being configured to be connected to the positive terminal of the charging device 8 and to the positive terminal of the cell 2 to be charged, said drain being, for its part, configured to be connected to the negative terminal of the charging device 8, while said source is connected to the negative terminal of the cell 2 to be charged.
  • the device 6 comprises a diode D 1 , called the first diode.
  • the gate of the charging transistor M 1 is thus connected to the positive terminal of the charging device 8 via the first diode D 1 and the thermistor R 1 .
  • the drain of the charging transistor M1 is advantageously connected directly to the negative terminal of the charging device 8, that is to say that no component (resistor, diode, etc.) is intercalated between the drain and said negative terminal of said charging device 8.
  • the device 1 therefore comprises a branch on which the thermistor R 1 , the diode D 1 and the charging transistor M 1 are mounted in series, this branch being connected in parallel with the charging device 8 (advantageously directly, that is to say without components intercalated between said branch and the terminals of said charging device).
  • the regulating transistor T 1 has a base, an emitter and a collector, the collector of the regulating transistor T 1 being connected to the gate of the load transistor M 1 , the base of the regulating transistor T 1 being connected to the source of the load transistor M 1 .
  • the regulating transistor T 1 is connected in parallel with the load transistor M 1 , respectively collector to gate and base to source.
  • the regulating transistor T 1 thus participates in the regulation of the voltage at the gate-source terminals of the load transistor M 1 to maintain the latter in a linear operating regime.
  • the base and emitter of the regulating transistor T 1 and the source of the charging transistor M 1 are configured to be connected to the negative terminal of the cell 2 to be charged.
  • first and second diodes D 1 and D 2 form a diode divider bridge
  • first thermistor R 1 and the second resistor R 2 form a resistive divider bridge, a resistive divider bridge whose resistance R 1 allows the regulation of the current of the load transistor M 1 as a function of the temperature of said transistor M 1 .
  • terminals of the fourth resistor R 4 are connected respectively to the emitter of the regulating transistor T 1 (terminal of the resistor also connected to the negative terminal of cell 2) and, via the third resistor R 3 , to the base of the regulating transistor T 1 .
  • the second diode D 2 and the second resistor R 2 are therefore connected in parallel with each other, but also with respect to the load transistor M 1 and the regulation transistor T 1 .
  • first and second diodes D 1 and D 2 are advantageously Zener diodes.
  • the anode of the first diode D 1 is connected to the gate of the load transistor M 1
  • the cathode of the first diode D 1 is connected to the first resistor R 1 .
  • the anode of the second diode D 2 is connected to the source of the load transistor M 1 and to the base of the regulation transistor T 1 (in particular via the third resistor R 3 ), while the cathode of the second diode D 2 is connected to the gate of the load transistor M 1 and to the collector of the regulation transistor T 1 .
  • the collector of the regulating transistor T 1 , the cathode of the diode D 2 and one of the terminals of the second resistor R 2 (the other terminal of the second resistor being connected to the source of the load transistor), the anode of the first diode D1, as well as the gate of the load transistor M1 are therefore connected together at a common node.
  • the base of the regulating transistor T 1 (via the third resistor), the anode of the second diode D 2 , the other terminal of the second resistor R 2 , one of the terminals of the fourth resistor R 4 , as well as the source of the load transistor M 1 are therefore connected together at a (further) common node.
  • the second diode D2 also makes it possible to limit the voltage across the load transistor M1 , in particular the voltage between the source and the gate of said load transistor M1 .
  • the association of the first and second diodes D 1 and D 2 makes it possible to close the circuit when the charging device 8 has a voltage lower than the sum of the voltages of the diodes D 1 and D 2 , or when there is no charging device 8 connected, thus limiting the electrical consumption of the device 6 when the latter is not used.
  • Said optocoupler and/or circuit breaker are thus configured to cut off the battery charge in the event of an anomaly in voltage, current, temperature, etc., by opening the circuit between the charging device 8 and the regulation device 6.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de régulation d'un courant de charge (6) pour une batterie (1), ledit dispositif étant un quadripôle configuré pour relier une batterie à un dispositif de charge (8), ledit dispositif (6) comprenant au moins un premier transistor (M1), dit transistor de charge, et une thermistance (R1) qui sont configurés pour réguler, en association, le courant de charge de la batterie (1) en fonction de la température.

Description

  • Le contexte technique de la présente invention est celui des batteries électriques, et notamment des batteries à fort courant électrique, notamment supérieur à 50 A, et préférentiellement supérieure à 500 A, par exemple pour les applications aéronautiques et/ou aérospatiales.
  • Une batterie comprend généralement plusieurs modules ou cellules de batterie formant un ensemble qui peut par ailleurs être relié à un bus externe permettant la remontée des données vers un système de supervision, système généralement désigné sous le terme de système de gestion d'accumulateurs de batterie (ou « Battery Management System » en langue anglaise).
  • Le système de gestion d'accumulateurs de batterie est notamment configuré pour mesurer diverses grandeurs physiques relatives à la batterie, et aux modules de batterie, telles que des tensions, courants, températures, résistances internes, etc., mais comprend aussi des circuits de protection pour éviter que la batterie ne fonctionne dans des conditions anormales de fonctionnement, conditions qui peuvent endommager la batterie et causer des dégâts humains et/ou matériels.
  • On entend généralement par conditions anormales de fonctionnement : les surtensions, les surintensités, les sous-tensions, une température trop élevée de la batterie, des courts-circuits, etc. c'est-à-dire l'ensemble des paramètres ne correspondant pas à une plage nominale de fonctionnement de la batterie.
  • Les systèmes de gestion d'accumulateur comprennent ainsi des dispositifs de sécurité, tels qu'un dispositif de disjonction configuré pour couper les liaisons électriques de la batterie avec l'extérieur (et donc l'isoler électriquement) dans le cas où surviennent des conditions anormales de fonctionnement.
  • De tels dispositifs de disjonction sont généralement commandés par un circuit de commande, faisant partie du système de gestion, qui surveille les valeurs de certaines grandeurs électriques, par exemple la tension aux bornes de la batterie et qui déclenche le dispositif de disjonction si ces grandeurs électriques prennent des valeurs correspondant à des conditions anormales de fonctionnement.
  • Une batterie, par exemple Lithium-Ion, destinée à des applications aéronautiques et/ou aérospatiales peuvent présenter des tensions allant de quelques dizaines de volts à plus de mille volts, avec des courants de décharges compris entre une dizaine et une centaine d'ampères.
  • De telles batteries comprennent bien sûr plusieurs cellules, ou accumulateurs, sont disposés en série et en parallèle, on peut par exemple avoir 8 cellules de 3,3 Volts connectées en série comme cela est illustré à la [Fig. 1]. La somme de cette série de cellules de batterie engendre une tension globale d'environ 26,4 V.
  • Ainsi, lorsqu'il y a recharge de ces batteries, et plus particulièrement des cellules de batterie, il est nécessaire d'alimenter celles-ci avec un courant déterminé, par exemple 5 A, pendant la durée nécessaire au rechargement total desdites cellules de batterie. Cette opération de rechargement s'effectue généralement au moyen d'un dispositif ou circuit permettant de réguler le courant de charge délivré à la batterie à charger.
  • Malheureusement, les dispositifs ou circuits de l'art antérieur présentent des composants électroniques dont la montée en température (ou surchauffe) entraine une variation du courant de charge, variation supérieure à une valeur admissible et/ou de protection de la batterie. De plus, les dispositifs ou circuits de l'art antérieur peuvent également présenter des dépassements du courant de charge au démarrage de la charge de la batterie (par exemple de l'ordre de plusieurs dizaines d'ampères pendant 2 secondes), et/ou présenter une valeur de courant de charge moyen bien inférieure à une valeur cible désirée.
  • La présente invention se propose ainsi de remédier à au moins un des inconvénients précités en proposant un nouveau type de dispositif de régulation d'un courant de charge pour une batterie, ledit dispositif étant un quadripôle configuré pour relier une batterie à charger à un dispositif de charge,
    ledit dispositif comprenant au moins un premier transistor, dit transistor de charge, et une thermistance qui sont configurés pour réguler, en association, le courant de charge de la batterie en fonction de la température.
  • Le présent dispositif de régulation du courant de charge pour la charge d'une batterie, ou une ou plusieurs cellules de batterie, est une solution peu onéreuse, robuste, facile à intégrer à un système de gestion d'accumulateurs de batterie, tout en permettant une meilleure régulation et/ou stabilité de ce courant de charge, en fonction de la température, notamment de la montée en température du transistor de charge.
  • Selon une caractéristique possible, ledit premier transistor est configuré pour fonctionner en régime linéaire.
    Le fait d'utiliser le transistor de charge en régime linéaire permet notamment d'améliorer le contrôle (ou la régulation) sur la valeur du courant de charge, notamment car la chaleur générée par le transistor associé avec une thermistance permet une autorégulation.
  • Selon une autre caractéristique possible, la thermistance est couplée thermiquement avec le premier transistor.
    De manière avantageuse, la piste sur laquelle le premier transistor est soudé est thermiquement couplée à la thermistance pour être chauffée par l'intermédiaire de la piste.
  • Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif comprend un deuxième transistor, dit transistor de régulation, le deuxième transistor étant configuré pour imposer un fonctionnement en régime linéaire au premier transistor. Avantageusement, un transistor de régulation participe à la régulation de la tension aux bornes du transistor de charge pour maintenir celui-ci dans un régime linéaire de fonctionnement.
  • Selon une autre caractéristique possible, le premier transistor est un transistor à effet de champs, et le deuxième transistor est un transistor de type NPN.
  • Selon une autre caractéristique possible, ledit transistor de charge présente une grille, un drain et une source, ladite grille étant configurée pour être connectée à la borne positive du dispositif de charge et à la borne positive de la batterie à charger, ledit drain étant configuré pour être connecté à la borne négative du dispositif de charge.
    La source du transistor de charge est, quant à elle, avantageusement configurée pour être connectée à la borne négative de la batterie à chager.
  • Selon une autre caractéristique possible, la grille du transistor est configurée pour être connectée à la borne positive du dispositif de charge par l'intermédiaire d'au moins une diode et/ou une résistance.
  • Selon une autre caractéristique possible, le transistor de régulation présente une base, un émetteur et un collecteur, le collecteur du transistor de régulation étant connecté à la grille du transistor de charge, la base du transistor de régulation étant connectée à la source du transistor de charge.
  • Selon une autre caractéristique possible, le transistor de régulation est monté en parallèle du transistor de charge, c'est-à-dire que la base et le collecteur du transistor de régulation sont montés en parallèle de la source et la grille du transistor de charge.
  • Selon une autre caractéristique possible, la base du transistor de régulation est connectée à la source du transistor de charge par l'intermédiaire d'une résistance, dite troisième résistance.
  • Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend une diode, dite deuxième diode, les première et deuxième diodes étant montées en un pont diviseur de diodes.
    L'association des première et deuxième diodes permet de fermer le circuit lorsque le dispositif de charge présente une tension inférieure à la somme des tensions des première et deuxième diodes, ou lorsqu'il n'y a pas de dispositif de charge connecté, limitant ainsi la consommation électrique du dispositif lorsque celui-ci n'est pas utilisé
  • Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend une résistance, dite deuxième résistance, la thermistance et la deuxième résistance étant montées en un pont diviseur résistif.
    Le pont diviseur résistif permet la régulation du courant du transistor de charge en fonction de la température (dudit transistor). De plus, la deuxième résistance permet entre autres d'avoir une tension nulle au niveau de la grille du transistor de charge lorsque le circuit est non passant.
  • Selon une autre caractéristique possible, la deuxième diode et la deuxième résistance, sont montées en parallèle l'une par rapport à l'autre, mais également par rapport au transistor de charge et/ou par rapport au transistor de régulation.
  • Selon une autre caractéristique possible, la deuxième diode est connectée à la source et à la grille du transistor de charge et/ou connectée au collecteur et à la base du transistor de régulation.
  • Selon une autre caractéristique possible, la base et l'émetteur du transistor de régulation et la source du transistor de charge sont configurés pour être connectés à la borne négative de la batterie à charger.
  • Selon une autre caractéristique possible, la base du transistor de régulation et la source du transistor de charge sont configurées pour être connecté à la borne négative de la batterie à charger par l'intermédiaire d'une résistance, dite quatrième résistance.
    La quatrième résistance permet notamment de limiter la valeur maximale du courant de charge.
  • Selon une autre caractéristique possible, ladite thermistance est du type à coefficient de température négatif.
  • L'invention se rapporte également à un système de gestion des accumulateurs de batterie, caractérisé en ce que ledit système de gestion comprend un circuit de commande tel que défini ci-dessus.
  • L'invention concerne en outre une batterie électrique, caractérisée en ce que ladite batterie comprend un système de gestion des accumulateurs de batterie tel que défini ci-dessus.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels :
    • la [Fig.1] illustre une vue très schématique et fonctionnelle d'une batterie électrique équipée d'un système de gestion des accumulateurs de batterie selon l'invention ;
    • la [Fig. 2] illustre une vue schématique d'un dispositif de régulation de courant de charge de batterie pour le système de gestion de la [Fig. 1].
  • Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
  • En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
  • La [Fig. 1] illustre une vue très schématique et fonctionnelle d'une batterie 1 électrique, par exemple une batterie lithium-ion, avantageusement destinée à des applications aéronautiques ou aérospatiales, qui comprend des accumulateurs 2, ou cellules, de batterie, un système de gestion 3 des accumulateurs de batterie relié auxdits accumulateurs 2, système 3 également désigné sous l'acronyme anglais « BMS » pour « Battery Management System », ainsi qu'un circuit de communication 4 relié audit système de gestion 3 et configuré pour échanger des informations avec l'extérieur (informations relatives à l'environnement, à la batterie, à l'avion, etc.)
  • Ledit système de gestion 3 de gestion est généralement intégré à ladite batterie 1, afin de surveiller les différentes grandeurs physiques ou électriques caractéristiques d'une batterie 1 et/ou de ses accumulateurs 2, par exemple une tension, une résistance interne, etc.
  • Ledit système 3 de gestion est également configuré pour empêcher le fonctionnement de la batterie 1 en dehors de sa plage nominale de fonctionnement, c'est-à-dire que le système est configuré pour détecter des conditions anormales de fonctionnement de la batterie (ou de ses modules), telles qu'une surintensité, une surtension (notamment lors de sa charge), une sous-tension (notamment lors de sa décharge), une surchauffe, etc.
  • Un tel système 3 peut également comprendre d'autres circuits et/ou dispositifs notamment pour réguler le courant de charge à destination d'une batterie, ou d'une ou plusieurs cellules de batteries.
  • La [Fig. 2] illustre une vue très schématique et fonctionnelle d'un dispositif de régulation 6 d'un courant de charge pour une ou plusieurs cellules 2 (ou accumulateurs) de batterie, ledit dispositif 6 étant un quadripôle configuré pour relier le ou les cellules 2 de batteries à charger à un dispositif de charge 8, tel qu'un alternateur, une autre batterie, un chargeur, etc.
  • Ledit dispositif 6 est donc connecté, d'une part, aux bornes de la ou les cellules 2 (ou accumulateurs) de la batterie, d'autre part aux bornes du dispositif de charge 8. De plus, le dispositif 6 comprend au moins :
    • au moins un transistor M1, dit transistor de charge, configuré pour fonctionner en régime linéaire, ledit transistor de charge M1 étant par exemple un transistor à effet de champs ;
    • une thermistance R1 configurée pour réguler en association avec le transistor de charge M1 le courant de charge circulant du dispositif de charge 8 vers la ou les cellules 2 de batterie en fonction de la température.
  • La thermistance R1 est avantageusement une thermistance à coefficient de température négatif et est couplée thermiquement avec le transistor de charge M1, la thermistance R1 présente donc une diminution de sa résistance avec l'augmentation de la température du transistor de charge M1, ceci permettant de limiter, voire annuler, la réduction du courant de charge avec l'augmentation de la température dudit transistor M1.
  • Ledit dispositif 6 comprend avantageusement un autre transistor T1, dit transistor de régulation, qui est un transistor configuré pour imposer un fonctionnement en régime linéaire au premier transistor M1. Le transistor de régulation T1 est par exemple un transistor de type NPN (bipolaire).
  • Ledit transistor de charge M1 présente une grille, un drain et une source, ladite grille étant configurée pour être connectée à la borne positive du dispositif de charge 8 et à la borne positive de la cellule 2 à charger, ledit drain étant, quant à lui, configuré pour être connecté à la borne négative du dispositif de charge 8, tandis que ladite source est connectée à la borne négative de la cellule 2 à charger.
  • Par ailleurs, le dispositif 6 comprend une diode D1, dite première diode. La grille du transistor de charge M1 est ainsi connectée à la borne positive du dispositif de charge 8 par l'intermédiaire de la première diode D1 et de la thermistance R1.
  • Le drain du transistor de charge M1 est avantageusement connecté directement à la borne négative du dispositif de charge 8, c'est-à-dire qu'aucun composant (résistance, diode, etc.) n'est intercalé entre le drain et ladite borne négative dudit dispositif de charge 8.
  • Le dispositif 1 comprend donc une branche sur laquelle est montée en série la thermistance R1, la diode D1 et le transistor de charge M1, cette branche étant connectée en parallèle du dispositif de charge 8 (avantageusement de manière directe, c'est-à-dire sans composants intercalés entre ladite branche et les bornes dudit dispositif de charge).
  • Par ailleurs, le transistor de régulation T1 présente une base, un émetteur et un collecteur, le collecteur du transistor de régulation T1 étant connecté à la grille du transistor de charge M1, la base du transistor de régulation T1 étant connectée à la source du transistor de charge M1. Ainsi, le transistor de régulation T1 est monté en parallèle du transistor de charge M1, respectivement collecteur à grille et base à source.
  • Le transistor de régulation T1 participe ainsi à la régulation de la tension aux bornes grille-source du transistor de charge M1 pour maintenir celui-ci dans un régime linéaire de fonctionnement.
  • De plus, la base et l'émetteur du transistor de régulation T1 et la source du transistor de charge M1 sont configurés pour être connectés à la borne négative de la cellule 2 à charger.
  • Par ailleurs de manière avantageuse, le dispositif 6 comprend :
    • une diode D2, dite deuxième diode, connectée à la source et à la grille du transistor de charge M1 et connectée au collecteur et à la base du transistor de régulation T1 ;
    • une résistance R2, dite deuxième résistance, connectée à la source et à la grille du transistor de charge M1 et connectée au collecteur et à la base du transistor de régulation T1 (la deuxième résistance R2 permettant entre autres d'avoir une tension nulle au niveau de la grille du transistor M1 lorsque le circuit est non passant) ;
    • une résistance R3, dite troisième résistance, la base du transistor de régulation T1 étant connectée à la source du transistor de charge M1 par l'intermédiaire de ladite troisième résistance R3 ;
    • une résistance R4, dite quatrième résistance, la base du transistor de régulation T1 et la source du transistor de charge M1 étant configurées pour être connecté à la borne négative de la cellule 2 à charger par l'intermédiaire de la quatrième résistance R4, la quatrième résistance R4 permet notamment de régler le potentiel de grille du transistor de charge M1 et donc permet l'autorégulation autour de la tension linéaire du transistor de charge M1).
  • On notera par ailleurs que les première et deuxième diodes D1 et D2 forment un pont diviseur de diodes, et que la première thermistance R1 et la deuxième résistance R2 forment un pont diviseur résistif, pont diviseur résistif dont la résistance R1 permet la régulation du courant du transistor de charge M1 en fonction de la température dudit transistor M1.
  • On notera en outre que les bornes de la quatrième résistance R4 sont connectées respectivement à l'émetteur du transistor de régulation T1 (borne de la résistance également connectée à la borne négative de la cellule 2) et, par l'intermédiaire de la troisième résistance R3, à la base du transistor de régulation T1.
  • La deuxième diode D2 et la deuxième résistance R2 sont donc montées en parallèle l'une par rapport à l'autre, mais également par rapport au transistor de charge M1 et au transistor de régulation T1.
  • On notera par ailleurs que les première et deuxième diodes D1 et D2 sont avantageusement des diodes Zener. Ainsi, l'anode de la première diode D1 est connectée à la grille du transistor de charge M1, tandis que la cathode de la première diode D1 est connectée à la première résistance R1.
  • En outre, l'anode de la deuxième diode D2 est connectée à la source du transistor de charge M1 et à la base du transistor de régulation T1 (notamment par l'intermédiaire de la troisième résistance R3), tandis que la cathode de la deuxième diode D2 est connectée à la grille du transistor de charge M1 et au collecteur du transistor de régulation T1.
  • Le collecteur du transistor de régulation T1, la cathode de la diode D2 et l'une des bornes de la deuxième résistance R2 (l'autre borne de la deuxième résistance étant connecté à la source du transistor de charge), l'anode de la première diode D1, ainsi que la grille du transistor de charge M1 sont donc connectés ensemble au niveau d'un noeud commun.
  • La base du transistor de régulation T1 (par l'intermédiaire de la troisième résistance), l'anode de la deuxième diode D2, l'autre borne de la deuxième résistance R2, l'une des bornes de la quatrième résistance R4, ainsi que la source du transistor de charge M1 sont donc connectées ensemble au niveau d'un (autre) noeud commun.
  • La deuxième diode D2 permet par ailleurs de limiter la tension aux bornes du transistor de charge M1, notamment la tension entre la source et la grille dudit transistor de charge M1.
  • De plus, l'association des première et deuxième diodes D1 et D2 permet de fermer le circuit lorsque le dispositif de charge 8 présente une tension inférieure à la somme des tensions des diodes D1 et D2, ou lorsqu'il n'y a pas de dispositif de charge 8 connecté, limitant ainsi la consommation électrique du dispositif 6 lorsque celui-ci n'est pas utilisé.
  • Dans des variantes de réalisation non représentées de l'invention, le dispositif de régulation 6 comprend :
    • un optocoupleur, d'une part, connecté au drain du transistor de charge M1 et, d'autre part, destiné à être connecté à la borne négative du dispositif de charge 8, et/ou ;
    • un coupe-circuit, tel qu'un interrupteur, un organe de disjonction, un relais bistable, etc., d'une part, connecté à la première résistance R1, et d'autre part, destiné à être connecté à la borne positive du dispositif de charge 8.
  • Ledit optocoupleur et/ou coupe-circuit sont ainsi configurés pour couper la charge de la batterie en cas d'anomalie de tension, courant, température, etc., ceci en ouvrant le circuit entre le dispositif de charge 8 et le dispositif de régulation 6.

Claims (14)

  1. Dispositif de régulation d'un courant de charge (6) pour une batterie (1), ledit dispositif étant un quadripôle configuré pour relier une batterie à un dispositif de charge (8),
    ledit dispositif (6) comprenant au moins un premier transistor (M1), dit transistor de charge, et une thermistance (R1) qui sont configurés pour réguler, en association, le courant de charge de la batterie (1) en fonction de la température.
  2. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que ledit premier transistor (M1) est configuré pour fonctionner en régime linéaire.
  3. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un deuxième transistor (T1), dit transistor de régulation, le deuxième transistor (T1) étant configuré pour imposer un fonctionnement en régime linéaire au premier transistor (M1).
  4. Dispositif (6) selon l'une quelconque des revendications
    précédentes, caractérisé en ce que ledit transistor de charge (M1) présente une grille, un drain et une source, ladite grille étant configurée pour être connectée à la borne positive du dispositif de charge (8) et à la borne positive de la batterie à charger, ledit drain étant configuré pour être connecté à la borne négative du dispositif de charge (8).
  5. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que la grille du transistor de charge (M1) est configurée pour être connectée à la borne positive du dispositif de charge (8) par l'intermédiaire de la thermistance (R1) et d'au moins une diode (D1).
  6. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que le transistor de régulation (T1) présente une base, un émetteur et un collecteur, le collecteur du transistor de régulation (T1) étant connecté à la grille du transistor de charge (M1), la base du transistor de régulation (T1) étant connectée à la source du transistor de charge (M1).
  7. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que la base du transistor de régulation (T1) est connectée à la source du transistor de charge (M1) par l'intermédiaire d'une résistance (R3), dite troisième résistance.
  8. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que la base et l'émetteur du transistor de régulation (T1) et la source du transistor de charge (M1) sont configurés pour être connectés à la borne négative de la batterie à charger.
  9. Dispositif (6) selon la revendication précédente,
    caractérisé en ce que la base du transistor de régulation (T1) et la source du transistor de charge (M1) sont configurées pour être connecté à la borne négative de la batterie à charger par l'intermédiaire d'une résistance (R4), dite quatrième résistance.
  10. Dispositif (6) selon l'une quelconque des revendications 5
    à 9, caractérisé en ce que le dispositif (6) comprend une résistance (R2), dite deuxième résistance, la thermistance (R1) et la deuxième résistance (R2) étant montées en un pont diviseur résistif.
  11. Dispositif (6) selon l'une quelconque des revendications 5
    à 10, caractérisé en ce que le dispositif (6) comprend une diode (D2), dite deuxième diode, les première (D1) et deuxième (D2) diodes étant montées en un pont diviseur de diodes.
  12. Dispositif (6) selon l'une quelconque des revendications
    précédente, caractérisé en ce que ladite thermistance (R1) est du type à coefficient de température négatif.
  13. Système de gestion (3) des accumulateurs de batterie,
    caractérisé en ce que ledit système de gestion (3) comprend un dispositif (6) de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  14. Batterie électrique (1), caractérisée en ce que ladite
    batterie comprend un système de gestion (3) des accumulateurs de batterie selon la revendication précédente. 1
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